A XIX. században azonban Franz Joseph Gall bécsi orvos hatására az arcvonások helyett a koponyát kezdték vizsgálni. Az általa létrehozott frenológia – koponyatan – szerint a koponya elkülönített fejlettségi foka megmutatja az alatta található agyrészlet fejlettségét és az egyén mentalitását. Gall elképzeléseit Cesare Lombroso fejlesztette tovább, aki a bűnözői arctípusok megkülönböztetésével és leírásával a pozitivista kriminológiai iskola megalapítójának tekinthető.
Lombroso katonaorvosként kezdte pályafutását.
A hadseregben figyelt fel először a “derék” és a “komisz” katonák közti különbségeknek a testi jegyekben is felismerhető jellegzetességeire. Később, pszichiáterként az elmebetegek koponyadudorait vizsgálva írta le a frenológiai rendszerét. Ezt követően a torinói egyetem törvényszéki orvostudományi tanszékének lett a professzora. Kutatásait egy híres bűnöző, Vilella koponyájának boncolása indította el. A boncolás során bizonyos rendellenességeket talált, melyek általánosak a rágcsálók és majmok koponyájában. Úgy gondolta, hogy az elmebeteg vagy a bűnöző fizikailag visszalépést képvisel az emberi fejlődés egy korábbi szakaszába. Az agyi fejlődés megreked, nem zajlik le teljesen. Ez leolvasható a koponya méretéről, annak arányairól, illetve a koponya kidudorodásairól.
A született bűnöző arca Lombroso szerint:
– aszimmetrikus, – a homloka szűk,
– a fülek túl nagyok vagy túl kicsik
– mindenképpen eltérnek a “normális” mérettől,
– a szemöldök bozontos, gyakran összenőtt,
– az orr pisze,
– az arcszőrzetben a szakáll gyér, a haj viszont sűrű és sötét színű, “abnormális” forgókkal.
A felsorolás után azonban Lombroso elismeri, hogy nem minden bűnöző viseli ezeket a jellegzetes vonásokat. vannak, akiket a körülmények kényszerítenek rossz útra. Ám sietve hozzáteszi, hogy náluk is felfedezhető a felsorolt vonások némelyike, csak enyhébb, tompább formában.
A testi jegyek és a vérmérséklet összefüggéseinek vizsgálata azonban nem szorítkozik az arcvonások elemzésére. A tenyérolvasás ősi gyakorlata mellett a XX. században Ernst Kretschmer német pszichiáter a testalkat és a jellem közti összefüggést vizsgálva vetette meg a modern karakterológia alapjait. (Ennek előzményei is messzire nyúlnak vissza, már az ókori görögöknél megtaláljuk Hippokratész műveiben az emberek 4 csoportra való osztását testalkatuk jellegzetes vonásai alapján.)
Végezetül nem szabad elfeledkeznünk arról, hogy sajnos a XX. század elején divatos frenológia hová vezetett. Többen úgy gondolták, hogy a fejformából és annak méreteiből leolvasható, hogy az egyik ember alacsonyabb rendű, mint a másik. Így egy több ezer éves vizsgálódás, mely mind Keleten – India, Kína, Tibet -, mind Nyugaton az arcvonások és a jellem közti összefüggések rendszerét dolgozta ki, a XX. században összefüggéseiből kiszakítva, a megfigyelések eredményeit a végletekig leegyszerűsítve a nácizmus szolgálatába állt.